Estudo da remoção do fungicida penconazol de águas superficiais utilizando carboximetil tragacanto

Aug 09, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13569 (2023) Citar este artigo

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Neste estudo, um adsorvente polimérico à base de carboximetil tragacanto (CMT) enxertado por ácido poliacrílico-co-acrilamida (AAc-co-AAm) sintetizado pela primeira vez por polimerização radicalar foi utilizado para remover o fungicida penconazol (PEN) ou Topas 20% de águas superficiais. Os parâmetros de pH da solução, isoterma de adsorção e cinética de adsorção do PEN foram estudados pelo adsorvente sintético. A morfologia superficial e os grupos funcionais do CMT-g-poli (AAc-co-AAm) foram confirmados pelas técnicas de DRX, MEV e FT-IR. A adsorção de PEN em CMT-g-poli (AAc-co-AAm) segue os modelos de Freundlich e de pseudo-segunda ordem. A capacidade de adsorção máxima significativa do polímero sintetizado foi de 196,08 mg/g. O adsorvente sintético apresentou boa reprodutibilidade na remoção de PEN por até 5 ciclos. CMT-g-poli (AAc-co-AAm) é um adsorvente econômico e não tóxico para a descontaminação de águas superficiais por pesticidas.

A água é a substância mais valiosa e importante necessária ao ser humano e seu uso e importância são demonstrados nos usos potável, sanitário, agrícola e industrial. O crescimento cada vez maior da população, a melhoria do padrão de vida e o desenvolvimento da urbanização estão entre os fatores que provocam o aumento do consumo de água e da produção de águas residuais e causam poluição ambiental1. Entretanto, os pesticidas, que são contaminantes emergentes, estão entre os venenos mais importantes e amplamente utilizados na agricultura como insecticidas para matar insectos e artrópodes, ou como herbicidas para combater ervas daninhas. O uso de novas tecnologias na agricultura tem levado ao uso desses materiais para a colheita de mais culturas, porém, o uso excessivo de pesticidas tem causado a poluição do solo e a entrada de grandes quantidades dessas toxinas nas fontes de água2. Embora os fungicidas tenham recebido menos atenção em comparação com outras toxinas agrícolas, as doenças fúngicas são consideradas uma grande ameaça aos produtos agrícolas. Os fungicidas são tóxicos para uma ampla gama de organismos e perigosos para a vida aquática. Os fungicidas, como os inseticidas piretróides e organofosforados, são lipofílicos. O efeito dos fungicidas no ambiente ocorre direta ou indiretamente através de outra espécie que é afetada por eles3. Os fungicidas triazólicos são um grupo de compostos heterocíclicos que possuem pelo menos um anel de cinco membros de dois átomos de carbono e três átomos de nitrogênio e são amplamente utilizados para prevenir e tratar diversas doenças fúngicas em produtos agrícolas. Esses fungicidas constituem atualmente 25 agroquímicos comerciais em todo o mundo. Além disso, apresentam boa penetração e durabilidade no solo e na água, e seu alto consumo causa efeitos colaterais relacionados às glândulas endócrinas em humanos e animais4. PEN ou (R, S)-1-[2-(2, 4-diclorofenil) pentil]-1H-1, 2, 4-triazol é um fungicida da família dos triazol usado para controlar o oídio e outros ascomicetes patogênicos , basidiomicetos e Deuteromicetos. A estrutura química do PEN é mostrada na Fig. 1. Este fungicida é comercializado sob a marca Topas 20% e é classificado pela Organização Europeia para a Segurança Alimentar como uma substância perigosa para o homem e para o ambiente, pelo que encontrar uma forma de o remover do o meio ambiente é muito importante5. Em estudo realizado por Nicoleta et al. para remover PEN da água utilizando argila montmorilonita, obteve-se a capacidade de adsorção de 6,33 mg/g de PEN pela montmorilonita6. Considerando que os estudos realizados na área de remoção de PEN pelo método de adsorção superficial são limitados, decidimos utilizar este método no estudo recente. Usando métodos físicos, químicos e biológicos, os pesticidas podem ser removidos das fontes de água. Os processos de membrana e adsorção estão entre os métodos físicos que dependem da separação. O desafio da incrustação da membrana é a principal limitação relativa à remoção de pesticidas com este método porque perturba o desempenho da membrana na separação7. O método de adsorção superficial em substratos sólidos e porosos apresenta uma vantagem significativa sobre outras técnicas de tratamento de água e efluentes devido ao seu baixo custo, facilidade de uso, produção de menos subprodutos e fácil integração com outras técnicas para melhor eficiência8. Os princípios do processo de adsorção superficial são mostrados na Fig. 2. A transferência de massa ocorre quando a solução contaminada com o poluente entra em contato com o adsorvente. As espécies adsorvidas por poluentes são transportadas seletivamente da solução a granel e ocupam os locais de ligação na superfície do adsorvente. Com base na natureza da interação entre o adsorvente e o adsorbato, o fenômeno da adsorção superficial é químico ou físico. A adsorção superficial física leva à adsorção de várias camadas de contaminante no adsorvente e também é endotérmica e reversível, enquanto a adsorção química superficial é uma adsorção densa de camada única e também é um processo exotérmico e irreversível e é mais forte que a adsorção física . Carvão ativado, Biochar, argila montmorilonita e hidrogéis são os adsorventes mais importantes usados ​​para remover pesticidas de água e águas residuais10,11,12. O hidrogel é uma rede polimérica tridimensional intumescente, hidrofílica e insolúvel que é produzida pela reação de um ou mais monômeros. Estas características distinguem os hidrogéis de outros polímeros. Com base na origem do polímero, os hidrogéis são divididos em duas categorias: naturais e sintéticos. Os hidrogéis naturais têm longa vida, alta capacidade de adsorção de água e alta resistência do gel e têm substituído gradativamente os hidrogéis sintéticos . A goma tragacanto (TG) é um dos polissacarídeos naturais baratos obtidos da seiva seca do Astrágalo e, devido à presença de grupos funcionais hidroxila, carboxílico e epóxi, pode ser utilizado na reação de polimerização com diversos reagentes. Esta goma não é tóxica, é biocompatível e estável em uma ampla faixa de pH14. Hidrogéis à base de ácido acrílico, devido ao alto inchamento, alta capacidade de adsorção e alta velocidade de adsorção, têm encontrado amplas aplicações na área de preparação de absorventes poliméricos para tratamento de água e efluentes. O método de síntese mais comum para estes hidrogéis é o método de polimerização radical. O grau de reticulação é um dos fatores mais importantes na capacidade de adsorção destes hidrogéis. Vários mecanismos de adsorção foram propostos por esses hidrogéis, como interações eletrostáticas, interações hidrofóbicas, troca iônica e ligações de hidrogênio . Além disso, os hidrogéis à base de acrilamida são os hidrogéis mais comumente usados ​​e mostram uma mudança significativa de volume em resposta a estímulos físicos e químicos. Esses hidrogéis são usados ​​para remover vários contaminantes16,17. Neste estudo, pela primeira vez, utilizamos hidrogel à base de carboximetil tragacanto enxertado com poli (ácido acrílico-co-acrilamida) para remover PEN de soluções aquosas e os parâmetros de tempo de contato do adsorvente com o contaminante, concentração do contaminante e pH da solução foram avaliado.